講稿0-2學習資料

講稿0-25、MCS-51系列單片機：(P20-21或P29-30頁)

MCS-51系列單片機典型代表是8051、8751、8031。

8051：內(nèi)部含8位CPU,4K字節(jié)ROM,128個字節(jié)RAM，21個特殊功能寄存器,4個8位并行I/O口,1個全雙工串行口，2個16位定時器/計數(shù)器。另還有5個中斷源、2個優(yōu)先級,1個布爾處理器64KB程序存儲器地址空間,64KB外部數(shù)據(jù)存儲器地址空間,片內(nèi)振蕩器,它是一個完整的計算機。

8751：它以4K字節(jié)的EPROM代替8051的4K字節(jié)ROM。

8031：它是內(nèi)部無ROM的8051。

第二章MCS-51系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

一、MCS-51的總體結(jié)構(gòu)（P32頁）

MCS-51的總體結(jié)構(gòu)框圖如圖所示。

VccP1P08051/8052P3P2RSTALEXTAL1PSENXTAL2EAVssI/OI/OI/OI/O8051引腳二、微處理器(中央處理器CPU)P31頁

微處理器由運算器和定時控制邏輯等部件構(gòu)成， 它是單片機內(nèi)的核心部件。

1、運算器

由算術(shù)邏輯部件ALU、累加器A、寄存器B、暫

存器、程序狀態(tài)字PSW、十進制調(diào)整電路以及

布爾處理器等組成。

運算器用來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的算術(shù)邏輯運算、位處理

和數(shù)據(jù)傳送等操作。

2、定時控制邏輯

定時控制邏輯用來產(chǎn)生操作時序信號，它是單片

機的心臟。

A、時鐘電路：（P32-33頁）

MCS-51芯片內(nèi)有一個由反向放大器所構(gòu)成的振蕩

電路。XTAL1為振蕩電路的輸入端，XTAL2為輸出

端。通常晶振頻率為1·2MHZ～12MHZ

B、時序：（P47-48頁）時序圖B、時序：（P47-48頁）CPU在執(zhí)行指令時，是將一條指令分解為若干基本的微操作，這些微操作所對應(yīng)的脈沖信號在時間上的先后次序。

51單片機的時序由四種周期構(gòu)成，即振蕩周期、狀態(tài)周期、機器周期、指令周期。①、振蕩周期：振蕩脈沖周期。②、狀態(tài)周期：2個振蕩周期為一個狀態(tài)周期，也稱為時鐘周期，用S表示。

③、機器周期

機器周期是指CPU與存儲器進行一次通信所需的時

間。MCS-51的每個機器周期由6個S狀態(tài)組成，每 個狀態(tài)周期由2個P節(jié)拍(或相位)組成，每個節(jié)拍

(或相位)持續(xù)一個振蕩器周期。

若F晶=6MHZ，則每個機器周期為2μS。

則：1機器周期（時間）=12×1/F晶(μS)

④、指令周期

指令周期是指執(zhí)行一條指令所需的時間。

在MCS-51的指令系統(tǒng)中，指令周期為1、2、4個機 器周期。設(shè)F晶=6MHZ，則指令執(zhí)行時間分別為 2μS、4μS、8μS。

⑤、ALE信號(允許地址鎖存信號)的頻率（P34頁）

ALE信號頻率為F晶/6

見時序圖

3、復位和復位電路（P33-34頁）

A、復位：

在復位輸入端加上高電平，MCS-51將被初始化復位，

此時有關(guān)寄存器狀態(tài)如下：

PC：0000H

SP：07H

PO-P3：0FFH

A.B.PSW.IP.IE：00H

TMOD.TCON.TH0.TL0.TH1.TL1.SCON：00H

DPTR：0000H

RES端由高變低后，MCS-51將退出復位，從0000H開始

執(zhí)行程序。

B、復位電路：

系統(tǒng)復位電路：

三、存儲器

單片機的程序存儲器、內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器、外部數(shù)據(jù)

存儲器的空間是相互獨立的。

程序存儲器用于存放編好的程序和數(shù)據(jù)表格。數(shù)據(jù)

存儲器用來作為數(shù)據(jù)緩沖器、堆棧、工作寄存器以

及軟件標志等。

四、輸入/輸出（I/O）口(P35-37頁)

MCS-51有四個雙向的8位I/O口P0-P3。

1、P1口(P36頁)

P1口為準雙向口，每一位的結(jié)構(gòu)如圖所示。它可獨 立地用作輸入線或輸出線，作為輸入線，必須將1寫 入口鎖存器，使T1截止。

2、P3口(P37頁）

P3口為準雙向口，每一位的結(jié)構(gòu)如圖所示。

P3口為雙功能口。

3、P2口(P36-37頁）

P2口為準雙向口，每一位鎖存器驅(qū)動的結(jié)構(gòu)如圖示。

P2口可以作為I/O口使用，也可作為擴展系統(tǒng)的地址

總線口使用，輸出高8位地址。

4、P0口(P35-36頁）

P0口為三態(tài)雙向口，每一位的結(jié)構(gòu)如圖所示。

對于8051/8751，它可作I/O口用，也可作地址、數(shù)據(jù)總線口；對于8031，它只能作地址、數(shù)據(jù)總口。五、MCS-51的引腳說明

MCS-51單片機采用40引腳雙列直插方式封裝，其引

腳信號功能如下：

1、電源引腳

Vcc：(40)＋5VVss：(20)接地

2、外接晶體引腳

XTAL1(19)XTAL2(18)

3、I/O引腳

P0.0-P0.7(39-32)

P1.0-P1.7(1-8)

P2.0-P2.7(21-28)

P3.0-P3.7(10-17)

4、控制引腳

RST(9)：復位信號，輸入、高電平有效。

ALE(30)：允許地址鎖存信號，輸出，高電平有效。

用于鎖存外存地址的低8位字節(jié)，它還可

作為外輸出的時鐘，其頻率約為振蕩器晶

振頻率的1/6。

PSEN(29)：外程序存儲器讀選通信號，輸出，低電

平有效。

EA(31)：程序存儲器內(nèi)外選擇信號，輸入。

EA為高時：

PC值為0000～0FFFH：訪內(nèi)部程序存儲器。

PC值為1000～FFFFH：訪外部程序存儲器

EA為低時：只訪外部程序存儲器六、系統(tǒng)擴展邏輯設(shè)計的三總線結(jié)構(gòu)（P38-39頁MCS-51系統(tǒng)構(gòu)成采用三總線：地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線。1、地址總線：A0～A15（16位）MCS-51系統(tǒng)可擴展64KB外部程序存貯器和64KB外部數(shù)據(jù)存貯器，因此系統(tǒng)必需提供16位地址總線；P0口作為地址/數(shù)據(jù)復用口，分時輸出外存貯器的低8位地址A0～A7和傳送數(shù)據(jù)D0～D7；在訪問外部程序存貯器時，P0口輸出外存貯器的低8位地址A0～A7；P2口輸出外存貯器的高8位地址A8～A15，從而構(gòu)成系統(tǒng)的16位地址。2、數(shù)據(jù)總線：D0~D7（8位）P0口作為地址/數(shù)據(jù)復用口，分時輸出外存貯器的低8位地址A0～A7和傳送數(shù)據(jù)D0～D7；在訪問外部程序存貯器期間，P0口作為數(shù)據(jù)總線讀入外部程序存貯器中的內(nèi)容；當訪問外部數(shù)據(jù)存貯器時，讀DR、寫WR信號有效時，P0口作為數(shù)據(jù)總線，將外存貯器內(nèi)容讀入或向外存貯器寫入數(shù)據(jù)。3、控制總線（12位）系統(tǒng)控制總線共12根，即P3口的第二功能狀態(tài)加上控制線RESET、EA、ALE和PSEN。

P0,P2口作為地址/數(shù)據(jù)總線口使用時，其總線結(jié)

構(gòu)如下圖所示

作業(yè)：1、8051內(nèi)部含有——位CPU，——個字節(jié)RAM，——個特殊功能寄存器，——字節(jié)ROM，——個8位并行口，——個全雙工串行口，——個16位定時器。8031內(nèi)部無——，其他都有。2、CPU是計算機核心部件，CPU的工作是不斷地取指令和執(zhí)行指令：①什么是機器周期？②什么是指令周期？③1個機器周期由——個S狀態(tài)組成，每個S狀態(tài)周期由——個P節(jié)拍組成，每個P節(jié)拍為——時鐘周期（振蕩周期）。若采用6MHz的晶體振蕩器，則1個機器周期為——us，需要2個機器周期完成的指令，其指令周期為——us。3、MCS-51系統(tǒng)初始化復位，復位后下列有關(guān)寄存器狀態(tài)為何值？

PC、SP、P0、P1、P2、P3、A、B、PSW、IP、IE、TMOD、TCON、TH0、TL0、TH1、TL1、SCON、DPTR。4、在實際應(yīng)用中，MCS-51系統(tǒng)需要擴充外部程序存序貯器或外部數(shù)據(jù)存貯器，通常四個口：P0——P3的用法：P0.0~P0.7作為輸出外存貯器的——；P1.0~P1.7作為——口；P2.0~P2.7作為輸出外存貯器的——；P3.0~P3.7作為——功能用。第三章MCS-51存儲器組織

MCS-51系列單片機有5個獨立的存貯空間:●64K字節(jié)程序存貯器空間(0000H～FFFFH）；●256字節(jié)內(nèi)部RAM空間（00H～FFH）；●128字節(jié)內(nèi)部特殊功能寄存器空間（80H～FFH）；●位尋址空間（00H～FFH）；●64K字節(jié)外數(shù)據(jù)存貯器空間（RAM/IO統(tǒng)一編址）(0000H～FFFFH）。MCS-51系列單片機的存儲器組織結(jié)構(gòu)如下圖所示：(P39-40頁)

一、程序存儲器(P39-40頁)

程序存儲器空間為64K。

擴充的外程序存儲器與MCS-51單片機的連接電路如下圖示：

二、內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器(P41)

MCS-51單片機內(nèi)部有128個字節(jié)數(shù)據(jù)存儲器，內(nèi)部

RAM的編址為00H-7FH。不同的地址區(qū)域，其功能不

完全相同。7FH數(shù)據(jù)緩沖區(qū)30H2FH位尋址區(qū)00-7FH20H1FH工作寄存器區(qū)3R0-R718H17H工作寄存器區(qū)2R0-R710H0FH工作寄存器區(qū)1R0-R708H07H工作寄存器區(qū)0R0-R700H

1．寄存器區(qū)(P42頁）

工作寄存器和數(shù)據(jù)存儲器統(tǒng)一編址。當前程序使

用的工作寄存器是由程序狀態(tài)字PSW的3、4位確定

的。PSW的狀態(tài)和工作寄存器區(qū)對應(yīng)關(guān)系如表示：PSW.4PSW.3當前使用的工作寄存器區(qū)000區(qū)011區(qū)102區(qū)113區(qū)

CPU通過程序修改PSW中的3、4位狀態(tài)，就能任選一個工作寄存區(qū)，這使單片機具有快速保護現(xiàn)場之功能。

2．位尋址區(qū)(P42-43頁）

內(nèi)部RAM的20H-2FH為位尋址區(qū)，這16個單元的每一

位有一個8位地址.可由程序直接進行位處理。同樣，

位尋址區(qū)的RAM單元也可作為一般存儲單元使用。

3．堆棧區(qū)(P43頁）

MCS-51的堆棧原則上可設(shè)在RAM的任意區(qū)域內(nèi)，但一

般設(shè)在30H-7FH范圍內(nèi)。其棧頂位置由SP指出。

4．數(shù)據(jù)緩沖區(qū)(P43頁）

內(nèi)部RAM的30H-7FH單元可作為一般存儲單元使用。

三、特殊功能寄存器(P43-47頁專用寄存器)

MCS-51的I/O鎖存器、定時器、串行口數(shù)據(jù)緩沖器以

及各種控制寄存器和狀態(tài)寄存器都以特殊功能寄存器

形式出現(xiàn)。它們離散分布在80H-FFH地址空間，其特

殊功能寄存器的地址如下表所示。

P080H口0P190H口1SP81H棧指針SCON98H串行口控制寄存器DPL82H數(shù)據(jù)指針低8位SBUF99H串行口數(shù)據(jù)寄存器DPH83H數(shù)據(jù)指針高8位P2A0H口2PCON87H掉電控制寄存器IEA8H中斷使能控制寄存器TCON88H定時器控制寄存器P3B0H口3TMOD89H定時器方式寄存器IPB8H中斷優(yōu)先級寄存器TL08AH定時器0低寄存器PSWD0H程序狀態(tài)字TL18BH定時器1低寄存器ACCE0H累加器TH08CH定時器0高寄存器BF0H寄存器(用于×÷中)TH18D定時器1高寄存器四、位尋址空間(P42頁)

MCS-51的位地址空間為00－FFH，其中00－7FH為內(nèi)部RAM中20H-2FH的16個單元的128位。凡是字節(jié)地址能被8整除的特殊功能寄存器都具有位地址（特殊功能寄存器的字節(jié)地址的低4位為0或8的具有位地址）。位地址表如下表所示：字節(jié)地址位7(D7)位0(D0)20H07H00H………2FH7FH78H80H(P0)87H80H………E0H(ACC)E7HE0HF0H(B)F7HF0H五、外數(shù)據(jù)存儲器和I/O口(P47頁)

MCS-51的外部數(shù)據(jù)存儲器尋址空間為64K，其外部

I/O口與外部數(shù)據(jù)存儲器統(tǒng)一編址，即把外設(shè)作為外部數(shù)據(jù)存儲器的一部分。對外部數(shù)據(jù)存儲器采用間接尋址方式。其R0、R1、DPTR都可作間址寄存器使用。R0、R1的尋址范圍為256B，DPTR為64KB。

MCS-51單片機能對位地址空間中的位直接尋址，執(zhí)行置位、清“0”、取反、“0”跳、“1”跳等操作。作業(yè)：1、MCS-51系列單片機有——個相互獨立的存貯空間。2、MCS-51系列單片機程序存貯器空間為——；外部數(shù)據(jù)存貯器空間為——；位尋址空間——，特殊功能寄存器空間——。3、MCS-51單片機內(nèi)部有128個字節(jié)數(shù)據(jù)存貯器，地址為——，其中00H~07H為